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Criação de plantas com genes de um dos pais
Esse trabalho foi publicado na Nature em março de 2010, desencadeando esforços para alcançar o mesmo resultado em plantas de cultivo como milho, trigo e tomate.
Por UC Davis - 20/11/2021


Os cientistas estão um passo mais perto de criar plantas com genes de apenas um dos pais. Uma nova pesquisa liderada por biólogos de plantas na Universidade da Califórnia, Davis, publicada em 19 de novembro na Science Advances, mostra o mecanismo subjacente por trás da eliminação de metade do genoma e pode tornar mais fácil e rápido o cultivo de plantas com características desejáveis, como resistência a doenças .

Arabidopsis thaliana. Crédito: Wikipedia.

O trabalho decorre de uma descoberta feita há mais de uma década pelo falecido Simon Chan, professor associado de biologia vegetal da Faculdade de Ciências Biológicas da UC Davis, e colegas.

As plantas, como outros organismos sexuais, herdam um conjunto correspondente de cromossomos de cada pai. Para transmitir uma característica favorável, como resistência a pragas ou à seca, a todos os seus descendentes, a planta teria que carregar a mesma variante genética em cada cromossomo. Mas criar plantas que "se reproduzam de verdade" dessa maneira pode exigir gerações de cruzamentos.

Em 2010, Chan e seu colega de pós-doutorado Ravi Maruthachalam descobriram por acaso uma maneira de eliminar a contribuição genética de um dos pais durante o cultivo da planta de laboratório Arabidopsis . Eles haviam modificado uma proteína chamada CENH3, encontrada no centrômero, uma estrutura no centro de um cromossomo. Quando eles tentaram cruzar o tipo selvagem de Arabidopsis com plantas com CENH3 modificado, eles obtiveram plantas com metade do número normal de cromossomos. A parte do genoma de uma planta-mãe foi eliminada para criar uma planta haplóide.

Esse trabalho foi publicado na Nature em março de 2010, desencadeando esforços para alcançar o mesmo resultado em plantas de cultivo como milho, trigo e tomate.

Desvendando um mistério

Mas replicar a estratégia exata de Chan fora da Arabidopsis até agora provou ser infrutífero, disse o professor Luca Comai, Departamento de Biologia Vegetal e Centro de Genoma da UC Davis, autor sênior do novo artigo. Recentemente, outros laboratórios criaram plantas com um conjunto de cromossomos manipulando o CENH3, mas não está claro como os resultados estão relacionados.

"A base mecanicista dos efeitos do CENH3 na indução haplóide era misteriosa", disse Comai. Parece haver regras diferentes para cada espécie, disse ele.

Muito desse mistério foi esclarecido. Mohan Marimuthu, pesquisador do Centro de Genoma UC Davis e Departamento de Biologia Vegetal, com Comai, Maruthachalam (agora no Instituto Indiano de Educação em Ciência e Pesquisa, Kerala) e colegas descobriram que quando a proteína CENH3 é alterada, ela é removida do DNA no ovo antes da fertilização, enfraquecendo o centrômero.

"Nas divisões embrionárias subsequentes, os centrômeros depletados de CENH3 contribuídos pelo óvulo deixam de competir com os ricos em CENH3 contribuídos pelo esperma e o genoma feminino é eliminado", disse Comai.

A descoberta de que qualquer esgotamento seletivo de CENH3 gera fraqueza do centrômero explica os resultados originais de Chan e Maruthachalam, bem como novos resultados de outros laboratórios em trigo e milho, disse Comai. Este novo conhecimento deve facilitar a indução de haplóides em plantas de cultivo , disse ele.

Os autores adicionais do artigo são: na UC Davis, Anne Britt e Sundaram Kuppu; Ramesh Bondada, Instituto Indiano de Educação e Pesquisa em Ciências; e Ek Han Tan, Universidade do Maine.

 

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